セメント組成物
【課題】グラウト材等に使用され、ブリーディングの発生もなく、強度発現も良好で、低注入圧で注入できる作業性に優れたセメント組成物および該セメント組成物を用いたグラウト材を提供する。
【解決手段】グラウト材等に使用するためのセメント系材料を主体としたセメント組成物であり、該セメント組成物の全重量に対して０．１〜０．５重量％のベントナイトと、０．０４〜０．１５重量％のベントナイトの膨潤性を高める炭酸ナトリウム等の添加剤と、高性能減水剤を含む。必要に応じ、さらに６重量％以内の膨張材を加える。また、加圧ブリーディング水の発生を極力抑えるためには、セルロース系の増粘剤を０．０５〜０．３重量％程度加えることが有効である。
【解決手段】グラウト材等に使用するためのセメント系材料を主体としたセメント組成物であり、該セメント組成物の全重量に対して０．１〜０．５重量％のベントナイトと、０．０４〜０．１５重量％のベントナイトの膨潤性を高める炭酸ナトリウム等の添加剤と、高性能減水剤を含む。必要に応じ、さらに６重量％以内の膨張材を加える。また、加圧ブリーディング水の発生を極力抑えるためには、セルロース系の増粘剤を０．０５〜０．３重量％程度加えることが有効である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グラウト材に好適であり、補修材としても適用可能なセメント組成物および該セメント組成物を用いたグラウト材に関するものである。より具体的には、プレストレストコンクリート造構造物においてプレストレスの導入後にシース内あるいはダクト等のプレストレス導入部に充填されるグラウト材、その他、コンクリート構造物の空隙充填用のグラウト材、コンクリートの補修材などにも用いることが可能なセメント組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
プレストレストコンクリート造構造物ではプレストレスの導入に使用されるＰＣ鋼材の保護のためにシース内あるいはダクト等のプレストレス導入部にグラウト材が充填されるが、橋桁橋軸方向の全長にプレストレスを導入する場合のようにシースが複数の支点間に跨る場合には、シースの全長に亘って空隙なくグラウト材を充填することが充填作業上の課題になる。
【０００３】
グラウト材は粘性の面から、高粘性タイプと低粘性タイプとに大別され、高粘性タイプは長大ＰＣ橋などでは粘性が高いために注入圧力が増大して一度で注入できない問題がある。また、低粘性タイプの場合には、シース管の急角度の下り勾配部で先流れ現象が生じて充填不良となることが指摘されている。
【０００４】
グラウト材の粘性に基づく充填不良等の問題に対しては、シース内へのグラウト材の注入に先立ち、シース内にグラウト材より高粘性の充填材を注入しておくことによりシース内の空気や異物を排除しながら、グラウト材を充填する方法がある（特許文献２参照）。
【０００５】
しかしながら、特許文献２の方法では、上記した粘性の高いグラウト材を注入する場合と同じく、充填材がシースの断面を閉塞するため、充填材とグラウト材の注入時のポンプ圧が高くなる問題を解決するには至らず、注入が不可能になる可能性がある。
【０００６】
この他、特許文献３には、グラウト材の充填性を改善しつつ、所望の圧縮強度を得るために、高ビーライト系ポルトランドセメントやポリカルボン酸系高性能減水剤を用いたグラウト材が記載され、特許文献４には、注入作業性に優れるＰＣグラウト材として、セメントに高性能減水剤の他、所定量の増粘剤、遅延剤およびブレーン比表面積の大きい無機質フィラーを加え、粘性が低く、流動性が高く、かつ可使時間の長いグラウト材が記載されている。
【０００７】
また、コンクリートの打継ぎ目に生じる空隙や施工不良によるジャンカ部、劣化コンクリートの断面などを補修する補修材は、ブリーディングがなく無収縮で作業性が良いことが要求されている。さらに、今日ではコンクリートの高強度化に伴い、上述の性能の他に補修材の高強度化が望まれてきた。
【０００８】
【特許文献１】特開平０５−３４５６５２号公報
【特許文献２】特開２００２−０４７８０２号公報
【特許文献３】特開２００２−０６０７４９号公報
【特許文献４】特許第３３４４１７０号公報
【特許文献５】特開２００４−１００２７４号公報
【特許文献６】特開２００４−２８４９３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のグラウト材では、シース管の形状に合わせて高粘性と低粘性のグラウトを使い分ける必要があり、かつグラウト材の使い分けが形状、特に傾斜角度で明確にできないという問題があった。また、注入圧が低粘性と同程度で下り勾配部で先流れ現象が生じないグラウト材の開発が待ち望まれていた。
【００１０】
また、従来からグラウト材の可塑性を高める手段の一つとしてベントナイトの添加が行われているが、その効果を得るためには、ベントナイトをある程度多量に添加する必要があった。しかし、ベントナイトの多量添加はグラウト材の硬化後の強度の低下をもたらし、上述したプレストレストコンクリート造構造物などにおける使用には強度面で不適となる。
【００１１】
本発明は、主としてこのようなシース内等のプレストレス導入部に注入するグラウト材における課題の解決を図ったものであり、前記先流れ現象が生じず、ブリーディングの発生もなく強度発現も良好で、低注入圧で注入できるなど充填時における作業性および充填性に優れたグラウト材を提供することを主目的とし、副次的にはさらに劣化コンクリート断面などの補修などへの用途展開を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願の請求項１に係るセメント組成物は、セメント系材料を主体としたセメント組成物であって、該セメント組成物の全重量に対して０．１〜０．５重量％のベントナイトと、０．０４〜０．１５重量％のベントナイトの膨潤性を高める添加剤と、高性能減水剤とを含むことを特徴とするものである。
【００１３】
セメント系材料としては、早強ポルトランドセメント、普通ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等のポルトランドセメント、高炉セメント、シリカヒュームセメント等の混合セメントなど、特に限定されないが、流動性をより重視する場合は、低熱ポルトランドセメントや中庸熱ポルトランドセメントが望ましい。その他、前記ポルトランドセメントの一部を高炉スラグ微粉末その他の無機質フィラー等で置き換えて流動性を高めることもできる。
【００１４】
主要鉱物がモンモリロナイトであり、Ｎａ型とＣａ型の２種類があるベントナイトについては、本発明において特に限定しないが、短時間で膨潤し、かつ膨潤度の大きいＮａ型が望ましい。ベントナイトが０．１重量％より少ない場合は、ブリーディングの発生の危険があり、０．５重量％より多い場合は、過大な粘性の増加とグラウト材等の強度が不足する。したがって、本発明ではベントナイト量を、セメント組成物の全重量に対して０．１〜０．５重量％に限定した。
【００１５】
高性能減水剤としては、メラミン系、ナフタレン系、ポリカルボン酸系のものなどがありいずれも使用できるが、ポリカルボン酸系の粉末の高性能減水剤が好ましい。ポリカルボン酸系の高性能減水剤は少量で高い減水率が得られるためである。ポリカルボン酸系の高性能減水剤の場合は、セメント組成物の全重量に対して０．１〜０．３重量％が最適である。また、メラミン系およびナフタレン系の場合は０．５〜１．０重量％が最適である。
【００１６】
これら高性能減水剤の最適使用量は、混練水と該セメント組成物と混練水との水粉体比によって異なる。高性能減水剤は粉末タイプ、液状タイプのいずれでも使用可能である。液状タイプの場合は混練水に添加して使用する。
【００１７】
本発明で使用するベントナイトの膨潤性を高める添加剤としては、特に限定されないが、好ましいものとして炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム等のアルカリ源がある。これらは少量のベントナイトでグラウト材等の十分な粘性が得られるようにするためのものである。添加量がセメント組成物の全重量に対して０．０４重量％より少ない場合は、グラウト材等に用いた場合、十分な粘性が得られない。０．１５重量％より多い場合は、流動性が低下する。したがって、本発明ではベントナイトの膨潤性を高める添加剤の量を、０．０４〜０．１５重量％に限定した。
【００１８】
なお、本発明で言うセメント組成物は、各構成材料からなる配合物（混練物は含まない）を指し、プレミックス材だけでなく、施工現場で配合された配合物、あるいは配合される予定の各構成材料全体も指す。
【００１９】
請求項２は、請求項１に係るセメント組成物において、さらに、膨張材を含むことを特徴とするものである。
【００２０】
膨張材には、ＣａＯ系とＣａＳＯ4系があるが、いずれも使用可能である。だだし、アルミニウム粉末を含む膨張材は水素ガスの発生によるＰＣ鋼材の腐食が懸念されるのでプレストレストコンクリート造構造物用のグラウト材には使用できない。
【００２１】
膨張材の使用量はグラウト材等の収縮分を補償する程度が好ましい。セメント組成物の全重量に対して６重量％より多い場合は、グラウト材等が過剰に膨張する。一方、用途や状況によっては膨張を要求しない場合もある。したがって、本発明のセメント組成物では膨張材量が、０〜６重量％の範囲で好適に用いられる。
【００２２】
請求項３は、請求項１または２に係るセメント組成物において、さらに、起泡剤を含むことを特徴とするものである。
【００２３】
起泡剤はグラウト材や補修材として用いられたときの密度を調整するために用いられるが、起泡剤を入れすぎると前記各材においてエアー量が過剰になり強度が低下する。
【００２４】
起泡剤としては、ポリアルキルキレングリコール誘導体、アルキルアリルスルホン酸化合物系、変性アルキルカルボン酸化合物系、ラウリル硫酸ナトリウム、泡系の消火器用発泡剤などがある。ラウリル硫酸ナトリウムでは、例えば花王株式会社製の「エマール１０」（商品名。なお、「エマール」は花王株式会社の登録商標。）、ライオン株式会社製の「リポラン」（商品名。「リポラン」はライオン株式会社の登録商標。）等の洗剤に用いられるものがあるが、種類は特に限定しない。
【００２５】
また、起泡剤には粉体と液体があり、粉体の場合は本発明のセメント組成物の構成材料とプレミックスして使用することができる。液体の場合は、グラウト材等の練混ぜ時に所望の密度に応じて適量、混練水に添加して使用する。ただし、水素ガスを発生する起泡剤はＰＣ鋼材を腐食させるので、プレストレストコンクリート造構造物には使用できない。コンクリート構造物の空隙充填やコンクリートの補修の場合には、アルミニウム粉末を含む起泡剤を使用しても問題はない。
【００２６】
請求項４は、請求項１、２または３に係るセメント組成物において、さらに、増粘剤を含むことを特徴とするものである。
【００２７】
また、請求項５は、請求項４に係るセメント組成物において、前記増粘剤がセルロース系の増粘剤であることを特徴とするものである。
【００２８】
増粘剤を含むことにより加圧ブリーディングをも抑制することができる。
【００２９】
本発明においても、施工の際にブリーディングの発生を極力抑えなければならないことは言うまでもないが、配合条件、施工条件、天候などによっては、ブリーディングの発生が問題となる場合がある。
【００３０】
すなわち、本発明のセメント組成物はグラウト材や注入工法での補修材として用いられるものであるからして、加圧注入して用いられることが多く、加圧条件によってはブリーディングが発生する危険がある。
【００３１】
そこで、本発明のセメント組成物をグラウト材として用いる場合について、加圧ブリーディングの発生をも抑制する方法について検討した結果、本発明のセメント組成物においては比較的少量の有機系増粘剤、特にセルロース系の増粘剤を添加することで、他の性能に対する影響を最小限に抑えつつ、加圧注入施工におけるブリーディングの発生を効果的に抑制できることを見出した。
【００３２】
さらに、後に配合試験を基に詳述するように、セルロース系の増粘剤の中でも、信越化学工業株式会社製のメトローズ90SH-100およびメトローズ90SCH-300（「メトローズ」は信越化学工業株式会社の登録商標）は特に有効である。
【００３３】
増粘剤の添加量は、増粘剤自体の種類や、他の組成物との組み合わせ、施工条件によっても変わるが、概ねセメント組成物の全重量に対し、０．０５〜０．３重量％程度が適当である。
【００３４】
０．０５重量％未満では、加圧注入施工におけるブリーディングの発生を効果的に抑制することが難しく、０．３重量％より多く添加した場合、フロー値などで表わされる流動性が低下し、加圧ＪＰ漏斗流下時間などで表わされる加圧時の流動性も損なわれるというように本発明のセメント組成物の本来の性能を損ねる恐れがある他、コスト的にも高くつくといった問題がある。
【００３５】
請求項６は、請求項１〜５に係るセメント組成物において、さらに、軽量骨材を含むことを特徴とするものである。
【００３６】
グラウト材や補修材等に適用した場合、必要な強度を確保しつつ密度を小さくして低圧で注入あるいは容易にコテ仕上げできるようにする手段として、本発明のセメント組成物にセラミックスバルーン、シラスバルーン、パーライト、メサライトなどの軽量骨材の混和がある。これらの軽量骨材は、本発明のセメント組成物の構成材料とプレミックスして使用することもできるし、グラウト材等の練混ぜ時に添加して使用することもできる。軽量骨材を添加したものはグラウト材以外に、コンクリート構造物の空隙充填用あるいは劣化コンクリートの断面補修材として使用することができる。
【００３７】
また、補修材として使用する場合は、必要に応じ天然砂を配合してもよい。
【００３８】
以上の請求項１〜６に係るセメント組成物において、既述のように、流動性を重視する場合は、低熱ポルトランドセメントや中庸熱ポルトランドセメントの使用が考えられるが、最も一般的なセメント系材料としては、普通ポルトランドセメントまたは高炉セメントが安価に用いられる。
【００３９】
また、セメント系材料として、ポルトランドセメントと、シリカヒュームと、高炉スラグ微粉末と、無水石膏とを配合したものなどを用いることは、プレストレストコンクリートのプレストレス導入部ヘのグラウト材に用いる場合に好ましい。
【００４０】
シリカフュームは低水粉体比におけるグラウト材の流動性の確保ならびにブリーディングの低減を図るために使用される。シリカフュームの種類は特に限定されないがＪＩＳ Ａ ６２０７で規定されるものが好ましい。
【００４１】
無水石膏はグラウト材の収縮低減と高強度を図るために使用する。無水石膏には、天然無水石膏、フッ酸無水石膏、天然２水石膏や副産２水石膏あるいは廃石膏ボードから回収した２水石膏を焼成して製造したII型無水石膏があるが、本発明では、II型無水石膏を９０％以上含有している無水石膏であれば、すべて使用できる。また、粉末度は特に限定しないが、ブレーン比表面積で３０００から８０００ｃｍ2／ｇ、好ましくは４０００から６０００ｃｍ2／ｇである。
【００４２】
高炉スラグ微粉末を使用すると、無水石膏やシリカフュームを単独であるいは併用して使用する場合より高い強度が得られ、かつ、耐久性、特に塩素イオンの浸透抵抗性に優れたグラウト材が得られる。高炉スラグ微粉末は特に限定しないがＪＩＳ Ａ ６２０６で規定されているブレーン比表面積が６０００cm2/ｇ以上のものが好ましい。
【００４３】
これらを用いたセメント組成物の配合としては、例えばポルトランドセメントを５０〜７５重量％、シリカフュームを５〜１５重量％、高炉スラグ微粉末を５〜３０重量％、無水石膏を５〜１０重量％といった配合となる。
【００４４】
シリカフューム、高炉スラグ微粉末、無水石膏が各５重量％未満では、グラウト材に適用した場合の諸性能（流動性、ブリーディング、収縮、強度など）を改善する効果が小さくなる。シリカフューム１５重量％、高炉スラグ微粉末３０重量％、無水石膏１０重量％を各々超えると、グラウト材が水和する際に生成する水酸化カルシウムが少なくなり、中性化だけではなく、プレストレストコンクリート造構造物においてはＰＣ鋼棒の発錆が懸念されるため好ましくない。
【００４５】
請求項７は、請求項１〜６に係るセメント組成物において、前記ベントナイトの膨潤性を高める添加剤が、炭酸ナトリウムの場合である。
【００４６】
ベントナイトの膨潤性を高める添加剤として、所望の効果が得られ、かつ取扱いやすくコスト的にも安価なものとしては、炭酸ナトリウムが最も適する。添加量は、既述のようにセメント組成物の全重量に対して０．０４〜０．１５重量％が好ましい。
【００４７】
なお、本発明の構成材料の内、セメント系材料を除いた材料、すなわち膨張材（含まない場合がある）、ベントナイト、高性能減水剤粉末、炭酸ナトリウム等のベントナイトの膨潤性を高める添加剤粉末、起泡剤粉末等からなる粉体材料は、グラウト材等の練混ぜ時に添加して使用することも可能である。
【００４８】
したがって、本発明のセメント組成物の製造方法は特に限定されず、適宜、従来の方法で行えばよい。
【００４９】
請求項８に係るグラウト材用セメント組成物は、プレストレストコンクリートのプレストレス導入部へのグラウト材に用いるものであって、請求項１〜７に係るセメント組成物からなることを特徴とする。
【００５０】
請求項１〜７に係るセメント組成物の用途は、グラウト材に限定されないが、本発明の最も顕著な効果として、グラウト材に用いたときの良好なポンプ圧送性と先流れ現象の防止および良好な強度発現があり、特にプレストレストコンクリートのプレストレス導入部へのグラウト材として最適である。
【００５１】
請求項９に係るグラウト材は、請求項８記載のグラウト材用セメント組成物に、水粉体比が２０〜４５重量％となる混練水を加え混練してなることを特徴とするものである。
【００５２】
グラウト材としての使用において、水粉体比２０重量％未満では流動性が低下し、シース管に充填する時の圧力が大きくなり使用に耐えない。水粉体比が４５重量％を超えると、グラウト材の粘性が小さくなり、使用条件によってはシース部での管下降先流れが生じると共にブリーディングが発生するので好ましくない。また、本発明のグラウト材は、セメント系材料として、前述したポルトランドセメントと、シリカヒュームと、高炉スラグ微粉末と、無水石膏とを配合したものなどを用いることにより水粉体比を小さくして使用することができる。
【００５３】
請求項１０は、請求項９記載のグラウト材において、密度が１．６〜２．１（ｇ／ｃｍ3 ）であることを特徴とするものである。
【００５４】
グラウト材の密度が２．１を超えると、プレストレストコンクリート構造物におけるシース内への充填において、圧送距離が長い場合シース管にグラウトを充填するときの圧力が大きくなり充填が困難になりやすくなる。また、グラウト材の密度が高いと下り勾配の角度が急になると先流れ現象が起こる確率が高くなる。一方、グラウト材の密度が１．６を下回ると、起泡剤等によって発生したグラウト材中のエアー量が過剰になり強度が低下しやすくなる。
【発明の効果】
【００５５】
本発明のセメント組成物によれば、グラウト材として用いた場合、低注入圧で充填でき、プレストレストコンクリートにおけるシース管の急角度な下り勾配部で先流れ現象が起きず、かつ強度発現が良好でブリーディングの発生がないグラウト材を得ることができる。
【００５６】
また、本発明では軽量骨材等の骨材を含むセメント組成物を用いることでコンクリート構造物の空隙充填材あるいはコンクリート補修材としても使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
本発明の効果を確認するため、以下のような試験を行った。
【００５８】
〔使用材料〕
試験に使用した材料を表１に示す。
【００５９】
【表１】
【００６０】
〔セメント組成物混練物の製造〕
練り混ぜは、あらかじめ粉体系の材料を必要量計量しビニール袋中でよく混合し、JIR-R-5201「セメントの物理試験」で用いるホバートミキサーで注水後３分間練り混ぜた。
【００６１】
〔試験方法〕
ＪＰ漏斗流下試験は土木学会コンクリート標準示方書（規準編）「ＰＣグラウトの流動性試験方法（ＪＳＣＥ−Ｆ５３１−１９９９）」に準じて行った。
【００６２】
フロー試験は直径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍの塩化ビニール製のフローコーンに前記混練物を充填し、上面を均一にした後に、フローコーンを垂直に持ち上げ、前記混練物の水平方向の直径を測定した。
【００６３】
圧縮強度は土木学会コンクリート標準示方書（規準編）「ＰＣグラウトの圧縮強度試験方法（ＪＳＣＥ−Ｇ５３１−１９９９）」に準じて材齢２８日について行った。
【００６４】
ブリーディング率および膨張率は土木学会コンクリート標準示方書（規準編）「ＰＣグラウトのブリーディング率および膨張率試験方法（ポリエチレン袋法）（ＪＳＣＥ−Ｆ５３２−１９９９）」に準じて行った。
【００６５】
〔試験〕
(1)試験１：セメント組成物における各種構成材料の影響の確認
試験１では、膨張材の有無および種類の影響、炭酸ナトリウムの量の影響、ベントナイト量の影響を調べた。
【００６６】
試験に用いた前記混練物の配合を表２、表３に示す（表３および後述の表５、表６におけるＷ／Ｐは水粉体比を表わす）。
【００６７】
【表２】
【００６８】
【表３】
【００６９】
試験結果を表４に示す。
【００７０】
【表４】
【００７１】
試験例１および２より、膨張材の種類の違いによる膨張率以外の各種物性に及ぼす影響はほとんど見られない。また、試験例２から４より、炭酸ナトリウムの量が多くなるにつれてフロー値が小さくなることがわかる。試験例４および５より、ベントナイトの量を多くするとフロー値は小さくなることがわかる。試験例６は膨張材を含まない系であるが、膨張率以外の物性は試験例４とほとんど同じである。
【００７２】
試験例１eは炭酸ナトリウムを含まない系であり、フロー値が大きく、ブリーディングが発生している。
【００７３】
ここで、測定不能というのは、前記混練物が自重ではＪＰロートから全量落下しないことを意味する。なお、前記混練物の注入性能は該混練物の流動性の影響が大きい。そこで、ＪＰ漏斗流下試験およびフロー試験は、流動性の高低の目安として測定したものである。
【００７４】
また、セメント系材料であるシリカフューム、高炉スラグ微粉末、無水石膏、膨張材がＪＰロートの流下時間、ブリーディング率および膨張率に及ぼす影響を調べた。
【００７５】
表５に配合と試験結果を示す。
【００７６】
【表５】
【００７７】
本試験で、シリカフューム、無水石膏、膨張材を組み合わせて用いると、ブリーディングを減少させることが明らかとなった。この場合、膨張材は流動性をやや低下させるが、シリカフュームおよび無水石膏は流動性を高める効果があることが分かった。また、無水石膏も膨張材ほどではないが膨張効果があることが分かった。
【００７８】
(2)試験２：グラウト材に適用した場合のグラウト材としての性能確認
試験２では、起泡剤および軽量骨材を配合したグラウト材のＪＰロート試験、フロー、密度、ポンプ圧送圧、先流れ角度を調べた。また、比較として市販の高粘性ＰＣグラウト用混和材（GF1720）を用いた高粘性グラウトも試験した。
【００７９】
本発明のグラウト材は水以外の全ての材料を計量して太平洋機工社製のプローシェアーミキサで予め混合して試験に用いた。比較の高粘性グラウト用混和材はグラウト材練混ぜ時に水に添加して使用した。
【００８０】
グラウト材の練混ぜおよびポンプ圧送は実機設備を用いて行い、１バッチ当たりの練混ぜ量は８０Ｌで３分間練りとした。先流れ角度試験は、長さ４ｍ内径７２ｍｍの透明アクリルパイプ内に直径１５．２ｍｍのＰＣ鋼材を３本束ねて設置し、上端より注入する試験方法とした。なお、パイプの角度は５°刻みに調節できるようにした。
【００８１】
グラウト材の配合を表６に示す。
【００８２】
【表６】
【００８３】
試験結果を表７に示す。
【００８４】
【表７】
【００８５】
高粘性グラウトである試験例７ｅは、圧送圧が１．４５ＭＰａと高く、傾斜角度（先流れ角度）１５°で先流れが生じた。試験例１１は試験例７ｅより高強度で圧送圧も低く、先流れをする角度も２５°と高く良好であることが分かる。圧縮強度に関して、プレストレストコンクリート造構造物においてプレストレスの導入後にシース内あるいはダクトに充填されるグラウト材としては、従来、２０Ｎ／ｍｍ2以上程度が基準であったのに対し、現在では３０Ｎ／ｍｍ2以上の圧縮強度が要求されるようになっている。上記の試験結果から、本発明によれば強度についても十分な圧縮強度が得られることが確認された。
【００８６】
試験例１２，１３，１４に示したように、起泡剤を添加してグラウト材の密度を小さくすると強度は低下するが、圧送圧が低下し先流れをする角度も高角度となりさらに改善される。
【００８７】
また、試験例１５，１６，１７に示したように軽量骨材を配合することでグラウト材を低密度化すると、起泡剤で低密度化した場合よりも圧送圧は低下しないが先流れに対しては同等の効果があることが分かる。このように起泡剤や軽量骨材によりグラウト材の密度調整をすることは好ましい。
【００８８】
(3)試験３：補修材に適用した場合の補修材としての性能確認
上述の表６および表７における試験例１８は流動性がほとんどないモルタルである。このモルタルでコンクリートの劣化壁で断面修復の左官仕上げ試験を行ったところ、コテ離れが良くかつ厚塗りが可能であることが判明した。これらのことから、軽量骨材に限らず本発明のグラウト材に骨材を配合することで、高強度から中強度のコテ仕上げが容易で、厚塗りが可能な補修材を作ることができることが分かった。
【００８９】
なお、試験２および試験３に関する表７の試験結果（フロー試験およびＪＰ漏斗流下試験）に示されるように、本発明のセメント組成物は非加圧下では流動性が非常に低い（プリン状の状態を保っている）反面、低い圧送圧（加圧）で非常に良好な流動性を示し、圧がなくなる状態での先流れ角度が大きく、さらに硬化後は高い圧縮強度が得られるため、グラウト材だけでなく、上記のような左官仕上げ用の補修材としての用途にも適したものであると言うことができる。
【００９０】
(4)試験４：グラウト材に適用した場合の加圧ブリーディング水の低減のための改良
試験４は、本発明のセメント組成物をグラウト材に適用する場合において、特に加圧ブリーディングの発生を、有機系混和剤を添加してグラウト材の粘性を変えることにより低減するための検討を行ったものである。
【００９１】
表８に本試験におけるセメント組成物の基本の配合（比重２．９９）を示す。なお、表８のアルファベット符号は、表１で示した材料に対応する。
【００９２】
【表８】
【００９３】
(4-1)試験４−１：加圧ブリーディング水の発生を抑制できると考えられる混和剤の選定
試験４−１では、本発明のセメント組成物に関し、水粉体比Ｗ／Ｐ＝３３％と一定としたグラウト材を調合し、加圧ブリーディングの発生を抑制できる可能性があると考えた混和剤としての市販の増粘剤、分離低減剤等の添加率を変化させ、加圧ブリーディングの発生状況を確認した。
【００９４】
また、これらの混和剤を使用したグラウト材について、加圧ブリーディング率（目標:０．３％以下)、およびフロー試験（目標：８０±５ｍｍ)、非加圧状態および加圧状態（０．１ＭＰａ）でのＪＰ漏斗流下試験（目標：非加圧では閉塞、加圧では１．５秒以下）を行った。
【００９５】
なお、上記目標値は性能比較のための目安であり、本発明の限定要件ではない。また、加圧ブリーディング率は、シュパック加圧ブリーディング試験（Schupack Pressure Bleed Test）で、０．３６ＭＰａの圧力をかけ、５分間で発生する加圧ブリーディングを測定して算出したものである。
【００９６】
試験４−１で使用した混和剤を表９に示す。なお、混練水としては水道水を使用した。
【００９７】
【表９】
【００９８】
（「メトローズ」は信越化学工業株式会社の登録商標、「ダイヤプロン」は三菱瓦斯化学株式会社の登録商標。）
【００９９】
増粘剤として市販されているメトローズシリーズは、水溶性セルロースエーテルからなる製品であり、数字が大きくなるほど粘性が大きい。また、ｈｉメトローズはメトローズに比べ、水に溶けやすい性状となっている。メトローズSCH-300は、セルロースの水酸基の水素原子の一部をメチル基、ヒドロキシプロピル基あるいはヒドロキシエチル基で置換していないため、水素結合があり、水溶性を低くしたものである。
【０１００】
レオロジーコントロール剤として知られているウェランガムは、増粘・分散・安定・乳化安定などの作用があり、これ自体がチクソトロピー性を有している材料である。
【０１０１】
ダイヤプロンおよびアクセリートＳＮＳは、高流動コンクリートなどの材料分離低減剤に使用されているもので、ブリーディング水の抑制に効果がある材料とされている。
【０１０２】
モアクリートは、コンクリート分離低減剤であり、流動性が増し、ブリーディング現象が抑制できる材料とされている。
【０１０３】
これらの試験結果を表１０に示す。
【０１０４】
【表１０】
【０１０５】
各種混和剤添加率と加圧ブリーディング率との関係を図１（メトローズシリーズ）、図２（その他の混和剤）に、各種混和剤添加率とフロー値との関係を図３（メトローズシリーズ）、図４（その他の混和剤）に、各種混和剤添加率と加圧時のＪＰ漏斗流下時間との関係を図５（メトローズシリーズ）、図６（その他の混和剤）に示す。
【０１０６】
図１、図２より加圧ブリーディングの抑制に効果がある混和剤は、増粘剤であるメトローズシリーズであることが分かる。また、アクセリートSNSやダイヤプロンも抑制効果が期待できるが、その添加量が多くなければならないため、メトローズシリーズの方が効果は大きい。
【０１０７】
次に、図３、図４より、モアクリートを除いたすべての混和剤において、その添加量が増加するとともに、フロー値が小さくなる傾向にあることが分かる。
【０１０８】
また、図５、図６より、加圧ＪＰ漏斗流下時間は、ウェランガム、メトローズ90SH-4000・30000、ｈｉメトローズ30000については、その添加量が増加するとともに、加圧JP漏斗流下時間が長くなる傾向にあることが分かる。一方で、メトローズ90SH-100・メトローズSCH-300については、ほとんど変化がないことが分かる。
【０１０９】
以上のことより、流動性およびチクソトロピー性を失わないで、加圧ブリーディングを防止する混和剤としては、特にメトローズ90SH-100およびメトローズ90SCH-300が優れていると考えられる。
【０１１０】
(4-2)試験４−２： 鉛直管及び傾斜管試験
試験４−２では、４ｍ傾斜管および２ｍ鉛直管試験を行い、ブリーディングの発生の有無を確認した。なお、本試験に使用する配合としては、試験４−１で結果の良かったメトローズSCH-300を用い、添加率Ｖ／Ｐ＝０．０％（水粉体比Ｗ／Ｐ＝２７．５％）および添加率Ｖ／Ｐ＝０．１０％（水粉体比Ｗ／Ｐ＝２８％）の２ケースとした。
【０１１１】
試験結果を表１１に示す。
【０１１２】
【表１１】
【０１１３】
表１１より、メトローズSCH-300添加率Ｖ／Ｐ＝０．１０％の配合において、傾斜管および鉛直管試験の両方において、ブリーディングの発生が確認されなかった。また、フロー値および加圧時のＪＰ漏斗流下時間、加圧ブリーディング率についても目標値を満たしていることが分かる。
【０１１４】
以上のことより、ブリーディングの発生を抑えるには、少なくとも水粉体比を３３％以下にするとともに、メトローズSCH-300を全粉体に対して０．１０〜０．２０％程度添加するのがよいと考えられる。
【０１１５】
なお、以上は最良の形態と考えられるものを検討したものであり、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１１６】
〔後添加タイプのグラウト材の検討〕
試験４−１〜２は、プレミックスタイプ（セメントおよび他の構成材料粉体をプレミックス）のグラウト材を対象としたものであるが、プレミックスタイプのグラウト材は実際に販売された際に運送費が高くなってしまうため、セメント以外の構成材料粉体だけを調合し、その調合物を施工現場でセメントに添加するという形で運送費のコストを削減することができる。
【０１１７】
その場合の配合例を表１２に示す。
【０１１８】
【表１２】
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】試験４−１における増粘剤としてのメトローズシリーズの添加率と加圧ブリーディング率との関係を示すグラフである。
【図２】試験４−１における他の混和剤の添加率と加圧ブリーディング率との関係を示すグラフである。
【図３】試験４−１における増粘剤としてのメトローズシリーズの添加率とフロー値との関係を示すグラフである。
【図４】試験４−１における他の混和剤の添加率とフロー値との関係を示すグラフである。
【図５】試験４−１における増粘剤としてのメトローズシリーズの添加率と加圧時のＪＰ漏斗流下時間との関係を示すグラフである。
【図６】試験４−１における他の混和剤の添加率と加圧時のＪＰ漏斗流下時間との関係を示すグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グラウト材に好適であり、補修材としても適用可能なセメント組成物および該セメント組成物を用いたグラウト材に関するものである。より具体的には、プレストレストコンクリート造構造物においてプレストレスの導入後にシース内あるいはダクト等のプレストレス導入部に充填されるグラウト材、その他、コンクリート構造物の空隙充填用のグラウト材、コンクリートの補修材などにも用いることが可能なセメント組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
プレストレストコンクリート造構造物ではプレストレスの導入に使用されるＰＣ鋼材の保護のためにシース内あるいはダクト等のプレストレス導入部にグラウト材が充填されるが、橋桁橋軸方向の全長にプレストレスを導入する場合のようにシースが複数の支点間に跨る場合には、シースの全長に亘って空隙なくグラウト材を充填することが充填作業上の課題になる。
【０００３】
グラウト材は粘性の面から、高粘性タイプと低粘性タイプとに大別され、高粘性タイプは長大ＰＣ橋などでは粘性が高いために注入圧力が増大して一度で注入できない問題がある。また、低粘性タイプの場合には、シース管の急角度の下り勾配部で先流れ現象が生じて充填不良となることが指摘されている。
【０００４】
グラウト材の粘性に基づく充填不良等の問題に対しては、シース内へのグラウト材の注入に先立ち、シース内にグラウト材より高粘性の充填材を注入しておくことによりシース内の空気や異物を排除しながら、グラウト材を充填する方法がある（特許文献２参照）。
【０００５】
しかしながら、特許文献２の方法では、上記した粘性の高いグラウト材を注入する場合と同じく、充填材がシースの断面を閉塞するため、充填材とグラウト材の注入時のポンプ圧が高くなる問題を解決するには至らず、注入が不可能になる可能性がある。
【０００６】
この他、特許文献３には、グラウト材の充填性を改善しつつ、所望の圧縮強度を得るために、高ビーライト系ポルトランドセメントやポリカルボン酸系高性能減水剤を用いたグラウト材が記載され、特許文献４には、注入作業性に優れるＰＣグラウト材として、セメントに高性能減水剤の他、所定量の増粘剤、遅延剤およびブレーン比表面積の大きい無機質フィラーを加え、粘性が低く、流動性が高く、かつ可使時間の長いグラウト材が記載されている。
【０００７】
また、コンクリートの打継ぎ目に生じる空隙や施工不良によるジャンカ部、劣化コンクリートの断面などを補修する補修材は、ブリーディングがなく無収縮で作業性が良いことが要求されている。さらに、今日ではコンクリートの高強度化に伴い、上述の性能の他に補修材の高強度化が望まれてきた。
【０００８】
【特許文献１】特開平０５−３４５６５２号公報
【特許文献２】特開２００２−０４７８０２号公報
【特許文献３】特開２００２−０６０７４９号公報
【特許文献４】特許第３３４４１７０号公報
【特許文献５】特開２００４−１００２７４号公報
【特許文献６】特開２００４−２８４９３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のグラウト材では、シース管の形状に合わせて高粘性と低粘性のグラウトを使い分ける必要があり、かつグラウト材の使い分けが形状、特に傾斜角度で明確にできないという問題があった。また、注入圧が低粘性と同程度で下り勾配部で先流れ現象が生じないグラウト材の開発が待ち望まれていた。
【００１０】
また、従来からグラウト材の可塑性を高める手段の一つとしてベントナイトの添加が行われているが、その効果を得るためには、ベントナイトをある程度多量に添加する必要があった。しかし、ベントナイトの多量添加はグラウト材の硬化後の強度の低下をもたらし、上述したプレストレストコンクリート造構造物などにおける使用には強度面で不適となる。
【００１１】
本発明は、主としてこのようなシース内等のプレストレス導入部に注入するグラウト材における課題の解決を図ったものであり、前記先流れ現象が生じず、ブリーディングの発生もなく強度発現も良好で、低注入圧で注入できるなど充填時における作業性および充填性に優れたグラウト材を提供することを主目的とし、副次的にはさらに劣化コンクリート断面などの補修などへの用途展開を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願の請求項１に係るセメント組成物は、セメント系材料を主体としたセメント組成物であって、該セメント組成物の全重量に対して０．１〜０．５重量％のベントナイトと、０．０４〜０．１５重量％のベントナイトの膨潤性を高める添加剤と、高性能減水剤とを含むことを特徴とするものである。
【００１３】
セメント系材料としては、早強ポルトランドセメント、普通ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等のポルトランドセメント、高炉セメント、シリカヒュームセメント等の混合セメントなど、特に限定されないが、流動性をより重視する場合は、低熱ポルトランドセメントや中庸熱ポルトランドセメントが望ましい。その他、前記ポルトランドセメントの一部を高炉スラグ微粉末その他の無機質フィラー等で置き換えて流動性を高めることもできる。
【００１４】
主要鉱物がモンモリロナイトであり、Ｎａ型とＣａ型の２種類があるベントナイトについては、本発明において特に限定しないが、短時間で膨潤し、かつ膨潤度の大きいＮａ型が望ましい。ベントナイトが０．１重量％より少ない場合は、ブリーディングの発生の危険があり、０．５重量％より多い場合は、過大な粘性の増加とグラウト材等の強度が不足する。したがって、本発明ではベントナイト量を、セメント組成物の全重量に対して０．１〜０．５重量％に限定した。
【００１５】
高性能減水剤としては、メラミン系、ナフタレン系、ポリカルボン酸系のものなどがありいずれも使用できるが、ポリカルボン酸系の粉末の高性能減水剤が好ましい。ポリカルボン酸系の高性能減水剤は少量で高い減水率が得られるためである。ポリカルボン酸系の高性能減水剤の場合は、セメント組成物の全重量に対して０．１〜０．３重量％が最適である。また、メラミン系およびナフタレン系の場合は０．５〜１．０重量％が最適である。
【００１６】
これら高性能減水剤の最適使用量は、混練水と該セメント組成物と混練水との水粉体比によって異なる。高性能減水剤は粉末タイプ、液状タイプのいずれでも使用可能である。液状タイプの場合は混練水に添加して使用する。
【００１７】
本発明で使用するベントナイトの膨潤性を高める添加剤としては、特に限定されないが、好ましいものとして炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム等のアルカリ源がある。これらは少量のベントナイトでグラウト材等の十分な粘性が得られるようにするためのものである。添加量がセメント組成物の全重量に対して０．０４重量％より少ない場合は、グラウト材等に用いた場合、十分な粘性が得られない。０．１５重量％より多い場合は、流動性が低下する。したがって、本発明ではベントナイトの膨潤性を高める添加剤の量を、０．０４〜０．１５重量％に限定した。
【００１８】
なお、本発明で言うセメント組成物は、各構成材料からなる配合物（混練物は含まない）を指し、プレミックス材だけでなく、施工現場で配合された配合物、あるいは配合される予定の各構成材料全体も指す。
【００１９】
請求項２は、請求項１に係るセメント組成物において、さらに、膨張材を含むことを特徴とするものである。
【００２０】
膨張材には、ＣａＯ系とＣａＳＯ4系があるが、いずれも使用可能である。だだし、アルミニウム粉末を含む膨張材は水素ガスの発生によるＰＣ鋼材の腐食が懸念されるのでプレストレストコンクリート造構造物用のグラウト材には使用できない。
【００２１】
膨張材の使用量はグラウト材等の収縮分を補償する程度が好ましい。セメント組成物の全重量に対して６重量％より多い場合は、グラウト材等が過剰に膨張する。一方、用途や状況によっては膨張を要求しない場合もある。したがって、本発明のセメント組成物では膨張材量が、０〜６重量％の範囲で好適に用いられる。
【００２２】
請求項３は、請求項１または２に係るセメント組成物において、さらに、起泡剤を含むことを特徴とするものである。
【００２３】
起泡剤はグラウト材や補修材として用いられたときの密度を調整するために用いられるが、起泡剤を入れすぎると前記各材においてエアー量が過剰になり強度が低下する。
【００２４】
起泡剤としては、ポリアルキルキレングリコール誘導体、アルキルアリルスルホン酸化合物系、変性アルキルカルボン酸化合物系、ラウリル硫酸ナトリウム、泡系の消火器用発泡剤などがある。ラウリル硫酸ナトリウムでは、例えば花王株式会社製の「エマール１０」（商品名。なお、「エマール」は花王株式会社の登録商標。）、ライオン株式会社製の「リポラン」（商品名。「リポラン」はライオン株式会社の登録商標。）等の洗剤に用いられるものがあるが、種類は特に限定しない。
【００２５】
また、起泡剤には粉体と液体があり、粉体の場合は本発明のセメント組成物の構成材料とプレミックスして使用することができる。液体の場合は、グラウト材等の練混ぜ時に所望の密度に応じて適量、混練水に添加して使用する。ただし、水素ガスを発生する起泡剤はＰＣ鋼材を腐食させるので、プレストレストコンクリート造構造物には使用できない。コンクリート構造物の空隙充填やコンクリートの補修の場合には、アルミニウム粉末を含む起泡剤を使用しても問題はない。
【００２６】
請求項４は、請求項１、２または３に係るセメント組成物において、さらに、増粘剤を含むことを特徴とするものである。
【００２７】
また、請求項５は、請求項４に係るセメント組成物において、前記増粘剤がセルロース系の増粘剤であることを特徴とするものである。
【００２８】
増粘剤を含むことにより加圧ブリーディングをも抑制することができる。
【００２９】
本発明においても、施工の際にブリーディングの発生を極力抑えなければならないことは言うまでもないが、配合条件、施工条件、天候などによっては、ブリーディングの発生が問題となる場合がある。
【００３０】
すなわち、本発明のセメント組成物はグラウト材や注入工法での補修材として用いられるものであるからして、加圧注入して用いられることが多く、加圧条件によってはブリーディングが発生する危険がある。
【００３１】
そこで、本発明のセメント組成物をグラウト材として用いる場合について、加圧ブリーディングの発生をも抑制する方法について検討した結果、本発明のセメント組成物においては比較的少量の有機系増粘剤、特にセルロース系の増粘剤を添加することで、他の性能に対する影響を最小限に抑えつつ、加圧注入施工におけるブリーディングの発生を効果的に抑制できることを見出した。
【００３２】
さらに、後に配合試験を基に詳述するように、セルロース系の増粘剤の中でも、信越化学工業株式会社製のメトローズ90SH-100およびメトローズ90SCH-300（「メトローズ」は信越化学工業株式会社の登録商標）は特に有効である。
【００３３】
増粘剤の添加量は、増粘剤自体の種類や、他の組成物との組み合わせ、施工条件によっても変わるが、概ねセメント組成物の全重量に対し、０．０５〜０．３重量％程度が適当である。
【００３４】
０．０５重量％未満では、加圧注入施工におけるブリーディングの発生を効果的に抑制することが難しく、０．３重量％より多く添加した場合、フロー値などで表わされる流動性が低下し、加圧ＪＰ漏斗流下時間などで表わされる加圧時の流動性も損なわれるというように本発明のセメント組成物の本来の性能を損ねる恐れがある他、コスト的にも高くつくといった問題がある。
【００３５】
請求項６は、請求項１〜５に係るセメント組成物において、さらに、軽量骨材を含むことを特徴とするものである。
【００３６】
グラウト材や補修材等に適用した場合、必要な強度を確保しつつ密度を小さくして低圧で注入あるいは容易にコテ仕上げできるようにする手段として、本発明のセメント組成物にセラミックスバルーン、シラスバルーン、パーライト、メサライトなどの軽量骨材の混和がある。これらの軽量骨材は、本発明のセメント組成物の構成材料とプレミックスして使用することもできるし、グラウト材等の練混ぜ時に添加して使用することもできる。軽量骨材を添加したものはグラウト材以外に、コンクリート構造物の空隙充填用あるいは劣化コンクリートの断面補修材として使用することができる。
【００３７】
また、補修材として使用する場合は、必要に応じ天然砂を配合してもよい。
【００３８】
以上の請求項１〜６に係るセメント組成物において、既述のように、流動性を重視する場合は、低熱ポルトランドセメントや中庸熱ポルトランドセメントの使用が考えられるが、最も一般的なセメント系材料としては、普通ポルトランドセメントまたは高炉セメントが安価に用いられる。
【００３９】
また、セメント系材料として、ポルトランドセメントと、シリカヒュームと、高炉スラグ微粉末と、無水石膏とを配合したものなどを用いることは、プレストレストコンクリートのプレストレス導入部ヘのグラウト材に用いる場合に好ましい。
【００４０】
シリカフュームは低水粉体比におけるグラウト材の流動性の確保ならびにブリーディングの低減を図るために使用される。シリカフュームの種類は特に限定されないがＪＩＳ Ａ ６２０７で規定されるものが好ましい。
【００４１】
無水石膏はグラウト材の収縮低減と高強度を図るために使用する。無水石膏には、天然無水石膏、フッ酸無水石膏、天然２水石膏や副産２水石膏あるいは廃石膏ボードから回収した２水石膏を焼成して製造したII型無水石膏があるが、本発明では、II型無水石膏を９０％以上含有している無水石膏であれば、すべて使用できる。また、粉末度は特に限定しないが、ブレーン比表面積で３０００から８０００ｃｍ2／ｇ、好ましくは４０００から６０００ｃｍ2／ｇである。
【００４２】
高炉スラグ微粉末を使用すると、無水石膏やシリカフュームを単独であるいは併用して使用する場合より高い強度が得られ、かつ、耐久性、特に塩素イオンの浸透抵抗性に優れたグラウト材が得られる。高炉スラグ微粉末は特に限定しないがＪＩＳ Ａ ６２０６で規定されているブレーン比表面積が６０００cm2/ｇ以上のものが好ましい。
【００４３】
これらを用いたセメント組成物の配合としては、例えばポルトランドセメントを５０〜７５重量％、シリカフュームを５〜１５重量％、高炉スラグ微粉末を５〜３０重量％、無水石膏を５〜１０重量％といった配合となる。
【００４４】
シリカフューム、高炉スラグ微粉末、無水石膏が各５重量％未満では、グラウト材に適用した場合の諸性能（流動性、ブリーディング、収縮、強度など）を改善する効果が小さくなる。シリカフューム１５重量％、高炉スラグ微粉末３０重量％、無水石膏１０重量％を各々超えると、グラウト材が水和する際に生成する水酸化カルシウムが少なくなり、中性化だけではなく、プレストレストコンクリート造構造物においてはＰＣ鋼棒の発錆が懸念されるため好ましくない。
【００４５】
請求項７は、請求項１〜６に係るセメント組成物において、前記ベントナイトの膨潤性を高める添加剤が、炭酸ナトリウムの場合である。
【００４６】
ベントナイトの膨潤性を高める添加剤として、所望の効果が得られ、かつ取扱いやすくコスト的にも安価なものとしては、炭酸ナトリウムが最も適する。添加量は、既述のようにセメント組成物の全重量に対して０．０４〜０．１５重量％が好ましい。
【００４７】
なお、本発明の構成材料の内、セメント系材料を除いた材料、すなわち膨張材（含まない場合がある）、ベントナイト、高性能減水剤粉末、炭酸ナトリウム等のベントナイトの膨潤性を高める添加剤粉末、起泡剤粉末等からなる粉体材料は、グラウト材等の練混ぜ時に添加して使用することも可能である。
【００４８】
したがって、本発明のセメント組成物の製造方法は特に限定されず、適宜、従来の方法で行えばよい。
【００４９】
請求項８に係るグラウト材用セメント組成物は、プレストレストコンクリートのプレストレス導入部へのグラウト材に用いるものであって、請求項１〜７に係るセメント組成物からなることを特徴とする。
【００５０】
請求項１〜７に係るセメント組成物の用途は、グラウト材に限定されないが、本発明の最も顕著な効果として、グラウト材に用いたときの良好なポンプ圧送性と先流れ現象の防止および良好な強度発現があり、特にプレストレストコンクリートのプレストレス導入部へのグラウト材として最適である。
【００５１】
請求項９に係るグラウト材は、請求項８記載のグラウト材用セメント組成物に、水粉体比が２０〜４５重量％となる混練水を加え混練してなることを特徴とするものである。
【００５２】
グラウト材としての使用において、水粉体比２０重量％未満では流動性が低下し、シース管に充填する時の圧力が大きくなり使用に耐えない。水粉体比が４５重量％を超えると、グラウト材の粘性が小さくなり、使用条件によってはシース部での管下降先流れが生じると共にブリーディングが発生するので好ましくない。また、本発明のグラウト材は、セメント系材料として、前述したポルトランドセメントと、シリカヒュームと、高炉スラグ微粉末と、無水石膏とを配合したものなどを用いることにより水粉体比を小さくして使用することができる。
【００５３】
請求項１０は、請求項９記載のグラウト材において、密度が１．６〜２．１（ｇ／ｃｍ3 ）であることを特徴とするものである。
【００５４】
グラウト材の密度が２．１を超えると、プレストレストコンクリート構造物におけるシース内への充填において、圧送距離が長い場合シース管にグラウトを充填するときの圧力が大きくなり充填が困難になりやすくなる。また、グラウト材の密度が高いと下り勾配の角度が急になると先流れ現象が起こる確率が高くなる。一方、グラウト材の密度が１．６を下回ると、起泡剤等によって発生したグラウト材中のエアー量が過剰になり強度が低下しやすくなる。
【発明の効果】
【００５５】
本発明のセメント組成物によれば、グラウト材として用いた場合、低注入圧で充填でき、プレストレストコンクリートにおけるシース管の急角度な下り勾配部で先流れ現象が起きず、かつ強度発現が良好でブリーディングの発生がないグラウト材を得ることができる。
【００５６】
また、本発明では軽量骨材等の骨材を含むセメント組成物を用いることでコンクリート構造物の空隙充填材あるいはコンクリート補修材としても使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
本発明の効果を確認するため、以下のような試験を行った。
【００５８】
〔使用材料〕
試験に使用した材料を表１に示す。
【００５９】
【表１】
【００６０】
〔セメント組成物混練物の製造〕
練り混ぜは、あらかじめ粉体系の材料を必要量計量しビニール袋中でよく混合し、JIR-R-5201「セメントの物理試験」で用いるホバートミキサーで注水後３分間練り混ぜた。
【００６１】
〔試験方法〕
ＪＰ漏斗流下試験は土木学会コンクリート標準示方書（規準編）「ＰＣグラウトの流動性試験方法（ＪＳＣＥ−Ｆ５３１−１９９９）」に準じて行った。
【００６２】
フロー試験は直径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍの塩化ビニール製のフローコーンに前記混練物を充填し、上面を均一にした後に、フローコーンを垂直に持ち上げ、前記混練物の水平方向の直径を測定した。
【００６３】
圧縮強度は土木学会コンクリート標準示方書（規準編）「ＰＣグラウトの圧縮強度試験方法（ＪＳＣＥ−Ｇ５３１−１９９９）」に準じて材齢２８日について行った。
【００６４】
ブリーディング率および膨張率は土木学会コンクリート標準示方書（規準編）「ＰＣグラウトのブリーディング率および膨張率試験方法（ポリエチレン袋法）（ＪＳＣＥ−Ｆ５３２−１９９９）」に準じて行った。
【００６５】
〔試験〕
(1)試験１：セメント組成物における各種構成材料の影響の確認
試験１では、膨張材の有無および種類の影響、炭酸ナトリウムの量の影響、ベントナイト量の影響を調べた。
【００６６】
試験に用いた前記混練物の配合を表２、表３に示す（表３および後述の表５、表６におけるＷ／Ｐは水粉体比を表わす）。
【００６７】
【表２】
【００６８】
【表３】
【００６９】
試験結果を表４に示す。
【００７０】
【表４】
【００７１】
試験例１および２より、膨張材の種類の違いによる膨張率以外の各種物性に及ぼす影響はほとんど見られない。また、試験例２から４より、炭酸ナトリウムの量が多くなるにつれてフロー値が小さくなることがわかる。試験例４および５より、ベントナイトの量を多くするとフロー値は小さくなることがわかる。試験例６は膨張材を含まない系であるが、膨張率以外の物性は試験例４とほとんど同じである。
【００７２】
試験例１eは炭酸ナトリウムを含まない系であり、フロー値が大きく、ブリーディングが発生している。
【００７３】
ここで、測定不能というのは、前記混練物が自重ではＪＰロートから全量落下しないことを意味する。なお、前記混練物の注入性能は該混練物の流動性の影響が大きい。そこで、ＪＰ漏斗流下試験およびフロー試験は、流動性の高低の目安として測定したものである。
【００７４】
また、セメント系材料であるシリカフューム、高炉スラグ微粉末、無水石膏、膨張材がＪＰロートの流下時間、ブリーディング率および膨張率に及ぼす影響を調べた。
【００７５】
表５に配合と試験結果を示す。
【００７６】
【表５】
【００７７】
本試験で、シリカフューム、無水石膏、膨張材を組み合わせて用いると、ブリーディングを減少させることが明らかとなった。この場合、膨張材は流動性をやや低下させるが、シリカフュームおよび無水石膏は流動性を高める効果があることが分かった。また、無水石膏も膨張材ほどではないが膨張効果があることが分かった。
【００７８】
(2)試験２：グラウト材に適用した場合のグラウト材としての性能確認
試験２では、起泡剤および軽量骨材を配合したグラウト材のＪＰロート試験、フロー、密度、ポンプ圧送圧、先流れ角度を調べた。また、比較として市販の高粘性ＰＣグラウト用混和材（GF1720）を用いた高粘性グラウトも試験した。
【００７９】
本発明のグラウト材は水以外の全ての材料を計量して太平洋機工社製のプローシェアーミキサで予め混合して試験に用いた。比較の高粘性グラウト用混和材はグラウト材練混ぜ時に水に添加して使用した。
【００８０】
グラウト材の練混ぜおよびポンプ圧送は実機設備を用いて行い、１バッチ当たりの練混ぜ量は８０Ｌで３分間練りとした。先流れ角度試験は、長さ４ｍ内径７２ｍｍの透明アクリルパイプ内に直径１５．２ｍｍのＰＣ鋼材を３本束ねて設置し、上端より注入する試験方法とした。なお、パイプの角度は５°刻みに調節できるようにした。
【００８１】
グラウト材の配合を表６に示す。
【００８２】
【表６】
【００８３】
試験結果を表７に示す。
【００８４】
【表７】
【００８５】
高粘性グラウトである試験例７ｅは、圧送圧が１．４５ＭＰａと高く、傾斜角度（先流れ角度）１５°で先流れが生じた。試験例１１は試験例７ｅより高強度で圧送圧も低く、先流れをする角度も２５°と高く良好であることが分かる。圧縮強度に関して、プレストレストコンクリート造構造物においてプレストレスの導入後にシース内あるいはダクトに充填されるグラウト材としては、従来、２０Ｎ／ｍｍ2以上程度が基準であったのに対し、現在では３０Ｎ／ｍｍ2以上の圧縮強度が要求されるようになっている。上記の試験結果から、本発明によれば強度についても十分な圧縮強度が得られることが確認された。
【００８６】
試験例１２，１３，１４に示したように、起泡剤を添加してグラウト材の密度を小さくすると強度は低下するが、圧送圧が低下し先流れをする角度も高角度となりさらに改善される。
【００８７】
また、試験例１５，１６，１７に示したように軽量骨材を配合することでグラウト材を低密度化すると、起泡剤で低密度化した場合よりも圧送圧は低下しないが先流れに対しては同等の効果があることが分かる。このように起泡剤や軽量骨材によりグラウト材の密度調整をすることは好ましい。
【００８８】
(3)試験３：補修材に適用した場合の補修材としての性能確認
上述の表６および表７における試験例１８は流動性がほとんどないモルタルである。このモルタルでコンクリートの劣化壁で断面修復の左官仕上げ試験を行ったところ、コテ離れが良くかつ厚塗りが可能であることが判明した。これらのことから、軽量骨材に限らず本発明のグラウト材に骨材を配合することで、高強度から中強度のコテ仕上げが容易で、厚塗りが可能な補修材を作ることができることが分かった。
【００８９】
なお、試験２および試験３に関する表７の試験結果（フロー試験およびＪＰ漏斗流下試験）に示されるように、本発明のセメント組成物は非加圧下では流動性が非常に低い（プリン状の状態を保っている）反面、低い圧送圧（加圧）で非常に良好な流動性を示し、圧がなくなる状態での先流れ角度が大きく、さらに硬化後は高い圧縮強度が得られるため、グラウト材だけでなく、上記のような左官仕上げ用の補修材としての用途にも適したものであると言うことができる。
【００９０】
(4)試験４：グラウト材に適用した場合の加圧ブリーディング水の低減のための改良
試験４は、本発明のセメント組成物をグラウト材に適用する場合において、特に加圧ブリーディングの発生を、有機系混和剤を添加してグラウト材の粘性を変えることにより低減するための検討を行ったものである。
【００９１】
表８に本試験におけるセメント組成物の基本の配合（比重２．９９）を示す。なお、表８のアルファベット符号は、表１で示した材料に対応する。
【００９２】
【表８】
【００９３】
(4-1)試験４−１：加圧ブリーディング水の発生を抑制できると考えられる混和剤の選定
試験４−１では、本発明のセメント組成物に関し、水粉体比Ｗ／Ｐ＝３３％と一定としたグラウト材を調合し、加圧ブリーディングの発生を抑制できる可能性があると考えた混和剤としての市販の増粘剤、分離低減剤等の添加率を変化させ、加圧ブリーディングの発生状況を確認した。
【００９４】
また、これらの混和剤を使用したグラウト材について、加圧ブリーディング率（目標:０．３％以下)、およびフロー試験（目標：８０±５ｍｍ)、非加圧状態および加圧状態（０．１ＭＰａ）でのＪＰ漏斗流下試験（目標：非加圧では閉塞、加圧では１．５秒以下）を行った。
【００９５】
なお、上記目標値は性能比較のための目安であり、本発明の限定要件ではない。また、加圧ブリーディング率は、シュパック加圧ブリーディング試験（Schupack Pressure Bleed Test）で、０．３６ＭＰａの圧力をかけ、５分間で発生する加圧ブリーディングを測定して算出したものである。
【００９６】
試験４−１で使用した混和剤を表９に示す。なお、混練水としては水道水を使用した。
【００９７】
【表９】
【００９８】
（「メトローズ」は信越化学工業株式会社の登録商標、「ダイヤプロン」は三菱瓦斯化学株式会社の登録商標。）
【００９９】
増粘剤として市販されているメトローズシリーズは、水溶性セルロースエーテルからなる製品であり、数字が大きくなるほど粘性が大きい。また、ｈｉメトローズはメトローズに比べ、水に溶けやすい性状となっている。メトローズSCH-300は、セルロースの水酸基の水素原子の一部をメチル基、ヒドロキシプロピル基あるいはヒドロキシエチル基で置換していないため、水素結合があり、水溶性を低くしたものである。
【０１００】
レオロジーコントロール剤として知られているウェランガムは、増粘・分散・安定・乳化安定などの作用があり、これ自体がチクソトロピー性を有している材料である。
【０１０１】
ダイヤプロンおよびアクセリートＳＮＳは、高流動コンクリートなどの材料分離低減剤に使用されているもので、ブリーディング水の抑制に効果がある材料とされている。
【０１０２】
モアクリートは、コンクリート分離低減剤であり、流動性が増し、ブリーディング現象が抑制できる材料とされている。
【０１０３】
これらの試験結果を表１０に示す。
【０１０４】
【表１０】
【０１０５】
各種混和剤添加率と加圧ブリーディング率との関係を図１（メトローズシリーズ）、図２（その他の混和剤）に、各種混和剤添加率とフロー値との関係を図３（メトローズシリーズ）、図４（その他の混和剤）に、各種混和剤添加率と加圧時のＪＰ漏斗流下時間との関係を図５（メトローズシリーズ）、図６（その他の混和剤）に示す。
【０１０６】
図１、図２より加圧ブリーディングの抑制に効果がある混和剤は、増粘剤であるメトローズシリーズであることが分かる。また、アクセリートSNSやダイヤプロンも抑制効果が期待できるが、その添加量が多くなければならないため、メトローズシリーズの方が効果は大きい。
【０１０７】
次に、図３、図４より、モアクリートを除いたすべての混和剤において、その添加量が増加するとともに、フロー値が小さくなる傾向にあることが分かる。
【０１０８】
また、図５、図６より、加圧ＪＰ漏斗流下時間は、ウェランガム、メトローズ90SH-4000・30000、ｈｉメトローズ30000については、その添加量が増加するとともに、加圧JP漏斗流下時間が長くなる傾向にあることが分かる。一方で、メトローズ90SH-100・メトローズSCH-300については、ほとんど変化がないことが分かる。
【０１０９】
以上のことより、流動性およびチクソトロピー性を失わないで、加圧ブリーディングを防止する混和剤としては、特にメトローズ90SH-100およびメトローズ90SCH-300が優れていると考えられる。
【０１１０】
(4-2)試験４−２： 鉛直管及び傾斜管試験
試験４−２では、４ｍ傾斜管および２ｍ鉛直管試験を行い、ブリーディングの発生の有無を確認した。なお、本試験に使用する配合としては、試験４−１で結果の良かったメトローズSCH-300を用い、添加率Ｖ／Ｐ＝０．０％（水粉体比Ｗ／Ｐ＝２７．５％）および添加率Ｖ／Ｐ＝０．１０％（水粉体比Ｗ／Ｐ＝２８％）の２ケースとした。
【０１１１】
試験結果を表１１に示す。
【０１１２】
【表１１】
【０１１３】
表１１より、メトローズSCH-300添加率Ｖ／Ｐ＝０．１０％の配合において、傾斜管および鉛直管試験の両方において、ブリーディングの発生が確認されなかった。また、フロー値および加圧時のＪＰ漏斗流下時間、加圧ブリーディング率についても目標値を満たしていることが分かる。
【０１１４】
以上のことより、ブリーディングの発生を抑えるには、少なくとも水粉体比を３３％以下にするとともに、メトローズSCH-300を全粉体に対して０．１０〜０．２０％程度添加するのがよいと考えられる。
【０１１５】
なお、以上は最良の形態と考えられるものを検討したものであり、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１１６】
〔後添加タイプのグラウト材の検討〕
試験４−１〜２は、プレミックスタイプ（セメントおよび他の構成材料粉体をプレミックス）のグラウト材を対象としたものであるが、プレミックスタイプのグラウト材は実際に販売された際に運送費が高くなってしまうため、セメント以外の構成材料粉体だけを調合し、その調合物を施工現場でセメントに添加するという形で運送費のコストを削減することができる。
【０１１７】
その場合の配合例を表１２に示す。
【０１１８】
【表１２】
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】試験４−１における増粘剤としてのメトローズシリーズの添加率と加圧ブリーディング率との関係を示すグラフである。
【図２】試験４−１における他の混和剤の添加率と加圧ブリーディング率との関係を示すグラフである。
【図３】試験４−１における増粘剤としてのメトローズシリーズの添加率とフロー値との関係を示すグラフである。
【図４】試験４−１における他の混和剤の添加率とフロー値との関係を示すグラフである。
【図５】試験４−１における増粘剤としてのメトローズシリーズの添加率と加圧時のＪＰ漏斗流下時間との関係を示すグラフである。
【図６】試験４−１における他の混和剤の添加率と加圧時のＪＰ漏斗流下時間との関係を示すグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント系材料を主体としたセメント組成物であって、該セメント組成物の全重量に対して０．１〜０．５重量％のベントナイトと、０．０４〜０．１５重量％のベントナイトの膨潤性を高める添加剤と、高性能減水剤とを含むことを特徴とするセメント組成物。
【請求項２】
さらに、膨張材を含むことを特徴とする請求項１記載のセメント組成物。
【請求項３】
さらに、起泡剤を含むことを特徴とする請求項１または２記載のセメント組成物。
【請求項４】
さらに、増粘剤を含むことを特徴とする請求項１、２または３記載のセメント組成物。
【請求項５】
前記増粘剤がセルロース系の増粘剤であることを特徴とする請求項４記載のセメント組成物。
【請求項６】
さらに、軽量骨材を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のセメント組成物。
【請求項７】
前記ベントナイトの膨潤性を高める添加剤が、炭酸ナトリウムである請求項１〜６のいずれかに記載のセメント組成物。
【請求項８】
プレストレストコンクリートのプレストレス導入部へのグラウト材に用いるものであって、請求項１〜７のいずれかに記載のセメント組成物からなるグラウト材用セメント組成物。
【請求項９】
請求項８記載のグラウト材用セメント組成物に、水粉体比が２０〜４５重量％となる混練水を加え混練してなることを特徴とするグラウト材。
【請求項１０】
密度が１．６〜２．１（ｇ／ｃｍ3 ）であることを特徴とする請求項９記載のグラウト材。
【請求項１】
セメント系材料を主体としたセメント組成物であって、該セメント組成物の全重量に対して０．１〜０．５重量％のベントナイトと、０．０４〜０．１５重量％のベントナイトの膨潤性を高める添加剤と、高性能減水剤とを含むことを特徴とするセメント組成物。
【請求項２】
さらに、膨張材を含むことを特徴とする請求項１記載のセメント組成物。
【請求項３】
さらに、起泡剤を含むことを特徴とする請求項１または２記載のセメント組成物。
【請求項４】
さらに、増粘剤を含むことを特徴とする請求項１、２または３記載のセメント組成物。
【請求項５】
前記増粘剤がセルロース系の増粘剤であることを特徴とする請求項４記載のセメント組成物。
【請求項６】
さらに、軽量骨材を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のセメント組成物。
【請求項７】
前記ベントナイトの膨潤性を高める添加剤が、炭酸ナトリウムである請求項１〜６のいずれかに記載のセメント組成物。
【請求項８】
プレストレストコンクリートのプレストレス導入部へのグラウト材に用いるものであって、請求項１〜７のいずれかに記載のセメント組成物からなるグラウト材用セメント組成物。
【請求項９】
請求項８記載のグラウト材用セメント組成物に、水粉体比が２０〜４５重量％となる混練水を加え混練してなることを特徴とするグラウト材。
【請求項１０】
密度が１．６〜２．１（ｇ／ｃｍ3 ）であることを特徴とする請求項９記載のグラウト材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２４８８８７（Ｐ２００６−２４８８８７Ａ）
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２３０５３０（Ｐ２００５−２３０５３０）
【出願日】平成１７年８月９日（２００５．８．９）
【出願人】（５９２０３７９０７）株式会社デイ・シイ (36)
【出願人】（５９１０３０１７８）ドーピー建設工業株式会社 (16)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月９日（２００５．８．９）
【出願人】（５９２０３７９０７）株式会社デイ・シイ (36)
【出願人】（５９１０３０１７８）ドーピー建設工業株式会社 (16)
【Ｆターム（参考）】
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